Abb. 2. Lichtmikroskopieaufnahme des Erregers der Afrikanischen Schafkrankheit, Trypanosoma brucei (links). Interaktion einer essenziellen parasitären Oxidoreduktase mit einem kovalenten Inhibitor führt zu chemisch-induzierter Dimerisierung (rechts). In einer Zeit, in der fast die gesamte globale Aufmerksamkeit einem Virus gilt, sollte nicht vergessen werden, dass mehr als 2 Mrd. Menschen immerzu durch sogenannte vernachlässigte Tropenkrankheiten (WHO: Neglected Tropical Diseases, NTDs) bedroht sind. Die Mehrzahl der NTDs wird durch Parasiten ausgelöst, darunter Trypanosomatide (Abb. 2, links), einzellige Erreger der Afrikanischen Schlafkrankheit, des Chagas-Fiebers oder der Leishmaniose. Durch die strukturelle Analyse essenzieller Enzyme und Virulenzfaktoren dieser Krankheitserreger untersuchen wir die molekularen Grundlagen für die Wirt-Pathogen Beziehung, die RedoxBiochemie der Parasiten und die Wechselwirkung parasitärer Proteine mit Inhibitoren. So konnten wir zeigen, wie ein kleines monovalentes Molekül zur chemisch-induzierten Dimerisierung einer essenziellen trypanosomalen Oxidoreduktase beiträgt [5] (Abb. 2, rechts), wie 19F-NMR als Reporter für Inhibitorbindemodi herangezogen werden kann [6], oder wie die Autoinhibierung einer lysosomalen Protease durch einen Vinylsulfoninhibitor nachgeahmt wird [7]. Funktion und Inhibition essenzieller Proteine aus Erregern vernachlässigter Tropenkrankheiten [5] Wagner, A., Le., A, …. Hellmich, U.A. (2019): Inhibitor-induced Dimerization of an Essential Oxidoreductase in African Trypanosomes. Angew. Chem., DOI: 10.1002/anie.201810470. [6] Dietschreit, J.C.B., Wagner, A., …. Hellmich*, U.A., Ochsenfeld*, C. (2020) Predicting 19 F NMR Chemical Shifts: A Combined Computational and Experimental Study of a Trypanosomal OxidoreductaseInhibitor Complex. Angew. Chem. DOI: 10.1002/anie.202000539. [7] Johé, P., Jaenicke, E., Neuweiler, H., Schirmeister, T., Kersten, C., Hellmich, U.A. (2021) Structure, interdomain dynamics, and pHdependent autoactivation of pro-rhodesain, the main lysosomal cysteine protease from African trypanosomesJ. Biol. Chem. DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100565. Intrinsisch ungeordnete Bereiche humaner Ionenkanäle als regulatorische Interaktionsplattformen Um seine Funktion zu erfüllen, muss ein Biomakromolekül eine definierte Struktur besitzen, dies ist ein zentrales Prinzip der Molekularbiologie. Allerdings ist ~50% des humanen Proteoms ungeordnet, d.h. es besitzt keine definierten Sekundär- und Tertiärstrukturen. Der Anteil solch intrinsisch ungeordneter Regionen (IDR) steigt, je komplexer ein Organismus ist. In den humanen TRP-Ionenkanälen wie TRPV4, die u.a. für Temperatur- oder Schmerzempfindung verantwortlich sind, fungieren intra– und extrazelluläre Domänen, darunter große (>100 AS) IDRs als Kommunikationsplattform mit anderen regulatorischen Proteinen oder Lipiden [8] (Abb. 3). Wir identifizierten einen neuen IDR/Regulator-Bindemodus [9] und konnten die strukturelle Basis der pHabhängigen Regulation eines lysosomalen TRP Kanals aufklären [10]. Mutationen in TRP Kanälen führen zu schweren Erbkrankheiten, die Ursachen bleiben weitestgehend unverstanden. Wir konnten vor Kurzem als erste zeigen, wie Krankheitsmutanten, die zu gewebsspezifischen Phänotypen führen, spezifische Proteinwechselwirkungen modulieren [11]. [8] Goretzki, B., Guhl, C., Tebbe, F., Harder, J.-M., Hellmich, U.A. (2021): Unstructural Biology of TRP Ion Channels: The Role of Intrinsically Disordered Regions in Channel Function and Regulation. J. Mol. Biol. DOI: 10.1016/j.jmb.2021.166931. [9] Goretzki. B., Glogowski, N., Diehl, E., … Gaudet, R., Hellmich, U.A. (2018): Structural Basis of TRPV4 N Terminus Interaction with Syndapin/PACSIN1-3 and PIP2. Structure, DOI: 10.1016/j.str.2018.08.002. [10] Viet, K., Wagner, A., Schwickert, K., ... Hellmich, U.A. (2019): Structure of the Human TRPML2 Ion Channel Extracytosolic/Lumenal Domain. Structure, DOI: 10.1016/j.str.2019.04.016. [11] McCray, B.A., Diehl, E., … Hellmich, U.A., Lloyd, T.E., Sumner, C.J. (2021): Neuropathy-causing TRPV4 mutations disrupt TRPV4-RhoA interactions and impair neurite extension. Nature Commun. DOI: 10.1038/s41467-021-21699-y. Abb. 3. Der humane TRPV4 Kanal ist an einer Vielzahl (patho)physiologischer Prozesse beteiligt, die große zytosolische, intrinsisch ungeordnete Region (IDR) spielt hierbei eine entscheidende Rolle als Interaktionsplattform für regulatorische Proteine oder Lipide. FORSCHUNG — 65
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